第六章-氣體射流課件

第六章

氣體射流

內(nèi)容：介紹氣體射流的基本概念、基本規(guī)律及其在工程中的應(yīng)用。

要點：無限空間淹沒紊流射流的特征、圓斷面和平面射流的流速和流量等沿程變化規(guī)律，以及溫差或濃差射流中溫差和濃差的沿程變化規(guī)律。第六章氣體射流

內(nèi)容：介紹氣體射流的基本概念、基本規(guī)律及基本概念氣體射流—氣體經(jīng)孔口、管嘴或條縫流出的流動現(xiàn)象；通常指氣體

淹沒射流。

紊流射流---當(dāng)出口速度較大，流動呈紊流狀態(tài)時的射流。研究對象---出流后的速度場、溫度場和濃度場。分類---根據(jù)出流空間的大小分為無限空間射流；受限射流?；靖拍顨怏w射流—氣體經(jīng)孔口、管嘴或條縫流出的流動現(xiàn)象；通6.1無限空間淹沒紊流射流的特征紊流的橫向脈動造成射流與周圍介質(zhì)不斷發(fā)生質(zhì)量和動量交換，帶動周圍介質(zhì)流動，使射流的質(zhì)量、流量的橫斷面沿x方向不斷增加。以無限空間中圓斷面紊流射流為例討論射流運動x

u0

r0

6.1無限空間淹沒紊流射流的特征紊流的橫向脈動造成射流與周x

u0

起始段主體段r0

6.1.1過渡斷面、起始段及主體段過渡斷面—核心區(qū)消失的斷面起始段—出口斷面至過渡斷面之間的部分主體段—過渡斷面之后的部分射流核心—速度為u0

的部分u0

u0

邊界層—速度小于u0

的部分邊界層射流核心

ADO過渡斷面BExu0起始段主體段r06.1.1過渡斷面、起始段及主x

u0

MADBECFOα

r0

6.1.2紊流系數(shù)a及幾何特征u=0

u=0

極點—

射流外邊界線的交點極角—

射流外邊界限夾角的一半，也稱擴(kuò)散角射流截面半徑R

與該斷面至極點的距離x成正比對于圓斷面K=3.4a根據(jù)幾何關(guān)系紊流系數(shù)a

—

表征射流結(jié)構(gòu)的特征系數(shù)，與紊流度ε和出口速度的均勻性有關(guān)a

越大，射流的紊動越劇烈,被帶動的周圍介質(zhì)越多,速度衰減越快.xRxu0MADBECFOαr06.1.紊流系數(shù)噴嘴種類a2α帶有收縮口的噴嘴0.06625o20'圓柱形管0.0829o00'帶有導(dǎo)板的軸流式風(fēng)機0.1244o30'帶有導(dǎo)板的直角彎管0.2068o30'帶有金屬網(wǎng)的軸流式風(fēng)機0.2478o40'收縮極好的平面噴口0.10829o30'平面壁上銳緣狹縫0.11832o10'具有導(dǎo)葉磨圓邊口的風(fēng)道縱向縫0.15541o20'噴嘴上裝置不同型式的風(fēng)板柵欄，則出口截面上氣流的擾動紊亂程度不同，因而紊流系數(shù)a

不同。擾動大的紊流系數(shù)a值增大，擴(kuò)散角α

也增大。紊流系數(shù)噴嘴種類a2α帶有收縮口的噴嘴x

u0

MADBECFROα

x0

sxr0

射流半徑的沿程變化規(guī)律或

圓斷面射流半徑沿射程的變化規(guī)律s

為出口至任意截面距離r0

為出口半徑d0

為出口直徑D

為射流任意截面直徑x

為極點至任意截面距離為極點至任意截面無因次距離xu0MADBECFROαx0s

運動特征半經(jīng)驗無因次速度分布為y

為截面上任意點到軸心的距離R

為該截面的射流半徑v

為y點的速度對于主體段vm

為該截面的軸心速度x

α

r0

+yRyvvm

Ryvvm=v0

y

為截面上任意點到核心邊界的距離R

為該截面的邊界層厚度v

為y點的速度對于起始段vm

為核心速度v0—射流各截面的速度分布具有相似性

運動特征半經(jīng)驗無因次速度分布為y為截面上任意點到軸心的

動力特征—射流各截面沿軸向動量守恒根據(jù)實驗：射流內(nèi)任意點壓強均與周圍壓強相等出口截面動量對于任意射流流段列動量方程：軸向合外力為零動量守恒任意截面動量

動力特征—射流各截面沿軸向動量守恒根據(jù)實驗：射流內(nèi)任意點6.2圓斷面射流的運動分析根據(jù)紊流射流的特征來研究圓斷面射流的速度、流量沿射程的變化規(guī)律?！?.2.1軸心速度vm代入無因次速度分布代入幾何特征，得無因次軸心速度方程兩端同除6.2圓斷面射流的運動分析根據(jù)紊流射流的特征來研究圓斷面射□6.2.2斷面流量QV無因次流量利用積分表6-2，代入軸心速度與幾何特征□6.2.2斷面流量QV無因次流量利用積分表6-2，□6.2.3斷面平均流速v1代入幾何特征□6.2.3斷面平均流速v1代入幾何特征□6.2.4質(zhì)量平均流速v2定義v2

為質(zhì)量平均流速由于工程中涉及軸心附近高速區(qū)，引入質(zhì)量平均流速出口斷面與任意截面動量恒等帶入幾何特征□6.2.4質(zhì)量平均流速v2定義v2為質(zhì)量平均流速由6-1用軸流風(fēng)機水平送風(fēng)。已知風(fēng)機直徑d0=600mm，出口解:根據(jù)斷面流量公式風(fēng)速v0=10m/s，求距出口s=10m處的軸心速度和風(fēng)量。查表6-1，紊流系數(shù)a=0.12根據(jù)核心速度公式6-1用軸流風(fēng)機水平送風(fēng)。已知風(fēng)機直徑d0=600m□6.2.5起始段核心長度sn及核心收縮角θv0

起始段snr0

θ令vm=v0

s=sn根據(jù)軸心速度公式核心收縮角□6.2.5起始段核心長度sn及核心收縮角θv0起□6.2.6起始段流量邊界層流量將起始段流量分為核心流量和邊界層流量兩部分核心無因次流量起始段總流量□6.2.6起始段流量邊界層流量將起始段流量分為核心流量和□6.2.7起始段斷面平均流速無因次斷面平均流速□6.2.7起始段斷面平均流速無因次斷面平均流速□6.2.8起始段質(zhì)量平均流速出口斷面與任意截面動量恒等無因次質(zhì)量平均流速□6.2.8起始段質(zhì)量平均流速出口斷面與任意截面動量恒等6-2已知空氣淋浴地帶要求射流半徑R=1.2m，質(zhì)量平均流速v2=3m/s，圓形噴嘴直徑d0=0.3m。求（1）噴嘴至工作地帶的距離s；（2）噴嘴流量。解：查表6-1，紊流系數(shù)a=0.08根據(jù)幾何特征噴射距離大于起始段核心長度，所求截面在主體段。6-2已知空氣淋浴地帶要求射流半徑R=1.2m，質(zhì)量平出口流速出口流量既然所求截面在主體段，采用主體段質(zhì)量平均流速公式出口流速出口流量既然所求截面在主體段，采用主體段質(zhì)量平均流速6.3平面射流b0b2b0b0

稱為半高度氣體從狹長縫隙中外射運動時，射流在條縫長度方向幾乎無擴(kuò)散運動，只能在垂直條縫長度的各平面上擴(kuò)散運動，由于這種流動可視為平面運動，故可稱為平面射流6.3平面射流b0b2b0b0稱為半高度氣體從狹長縫隙中6.4溫差或濃差射流溫差（濃差）射流—本身溫度（濃度）與周圍有差異的射流溫度外邊界層射流內(nèi)邊界層射流外邊界層溫度內(nèi)邊界層6.4溫差或濃差射流溫差（濃差）射流—本身溫度（濃度）與周為簡化，忽略溫度（濃度）與射流速度邊界的差對于溫差射流出口截面與外界溫差軸心與外界溫差截面上某點與外界溫差對于濃差射流出口截面與外界濃差軸心與外界濃差截面上某點與外界濃差實驗得出為簡化，忽略溫度（濃度）與射流速度邊界的差對于溫差射流出口截

6.4.1軸心溫差查積分表6-2，并考慮幾何特征與主體段相對速度熱力特征—等壓條件下，射流各截面的相對焓值不變出口斷面與任意截面單位時間的相對焓值相等用除以上式兩端

6.4.1軸心溫差查積分表6-2，并考慮幾何特征與主體

6.4.2質(zhì)量平均溫差定義ΔT2

為質(zhì)量平均溫差出口斷面與任意截面相對焓值相等

6.4.3起始段質(zhì)量平均溫差

6.4.2質(zhì)量平均溫差定義ΔT2為質(zhì)量平均溫差出口

6.4.4射流彎曲溫差（濃差）射流密度與周圍氣體不同導(dǎo)致受力不平衡射流偏離原軸線，或上或下受力分析A點單位體積射流所受重力根據(jù)牛頓第二定律：單位體積射流受力等于其密度乘以加速度A點單位體積射流所受浮力Aαxy

6.4.4射流彎曲溫差（濃差）射流密度與周圍氣體不同導(dǎo)若射流軸心A

偏離了y'A點的加速度可表示為或者根據(jù)等壓過程的狀態(tài)方程、軸心速度變化和溫差變化規(guī)律Aαxyyy’A’經(jīng)實驗修正x=scosα若射流軸心A偏離了y'A點的加速度可表示為或者根據(jù)等壓在圖中，射流軌跡y可表示為其無因次式為將前式代入Aαxyyy’A’稱為阿基米德數(shù)x對于平面射流在圖中，射流軌跡y可表示為其無因次式為將前式代入Aαxy6-3工作地點面質(zhì)量平均風(fēng)速v2=3m/s工作面直徑D=2.5m，送風(fēng)溫度15oC，周圍空氣溫度30oC，要求將工作地質(zhì)量平均風(fēng)速降至25oC，采用軸流風(fēng)機送風(fēng)。求（1）風(fēng)口的直徑及風(fēng)速；（2）風(fēng)口到工作面的距離；（3）射流在工作面的下降值。

解：查表6-1，紊流系數(shù)a=0.12（1）根據(jù)質(zhì)量平均溫差將上式帶入幾何特征再根據(jù)質(zhì)量平均流速6-3工作地點面質(zhì)量平均風(fēng)速v2=3m/s工作面直徑（2）風(fēng)口到工作面的距離可從中解得（3）射流在工作面的下降值y's=2.41x（2）風(fēng)口到工作面的距離可從中解得（3）射流在工作面的下降值解：查表6-1，紊流系數(shù)a=0.118根據(jù)平面射流無因次軌跡方程式中6-3室外空氣由外墻上離地面7m處的狹縫孔口送入。已知孔口長12m、高0.35m，室內(nèi)外空氣溫度分別為20oC和-10oC，射流初速度為2m/s，求室內(nèi)地面溫度。解：查表6-1，紊流系數(shù)a=0.118根據(jù)平面射流無因代入上式再根據(jù)軸心溫差公式（表6-4）解得解得代入上式再根據(jù)軸心溫差公式（表6-4）解得解得6.6有限空間射流□6.2.1射流結(jié)構(gòu)射流半徑及流量增加后減小，射流邊界呈橄欖型射流邊界外部與固體壁面間形成回流區(qū)，流線呈閉合狀貼附現(xiàn)象—噴嘴高度與房高的比值大于0.7時射流的附頂現(xiàn)象貼附射流可看成是完整射流的一半，規(guī)律相同6.6有限空間射流□6.2.1射流結(jié)構(gòu)射流半徑及流量增□6.2.2動力特征□6.2.3半經(jīng)驗計算公式各截面動量不守恒F

為垂直于射流的房間橫截面積為射流截面到極點的無因次距離回流平均速度最大回流速度□6.2.2動力特征□6.2.3半經(jīng)驗計算公式各截面設(shè)計射流作用長度射流總長度與末端渦流區(qū)設(shè)計回流平均速度房間長度大于L4

時，出現(xiàn)末端渦流區(qū)設(shè)